康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	发电机逆功率保护的作用及原理

 

摘要：当两台以上柴油发电机组并联运行时，若其中一台柴油机工作不正常或柴油机与发电机联轴器损坏等原因，使该机组的发电机不但不能输出有功功率，反而从供电系舯吸收功率，同步发电机变为同步电动机，即同步发电机处于逆功率状态下运行。如果同步发电机在逆功率状态下运行，对供电系统是不利的，造成参以并联运行其他机组过载跳闸，供电中断，因此，应采取措施进行逆功率保护。

一、逆功率的产生机理

 

      目前，在大型发电机组上一般装设了两套独立的逆功率保护装置，即程序跳闸逆功率和单纯的电气逆功率保护，来限制发电机逆功率的大小。一般最大不超过额定有功功率的10%左右。从原理讲，柴油发电机可以逆功率运行。但实际上，当逆功率运行时发电机就成了电动机了，不但发出的电送布出去要自身消耗，而其还要使用电网的电。长时间逆功率运行就有可能造成绕组烧毁。因此，在一般情况下，不得将发电机长时间逆功率运行。康明斯发电机的逆功率保护功能是防止柴油机失去动力后，电力系统向发电机倒送功率的。当功率方向发生改变后，发电机就变成了电动机，从发出功率变为吸收功率。这样由于柴油机的转速非常快，受到这里的功率变换后会在柴油机上产生一个反向力矩，损坏柴油机，同时无谓地消耗电力。

 

图1  并网柜二次原理图

图2  逆功率保护一次方案设计图

 

 

二、晶体管逆功率保护装置

 

      由于逆功率保护是有功功率方向保护，因此，它的检测信号，应取电压、电流两方面的信号及其相位关系，并将其转换为反应有功功率的方向和大小的直流电压控制信号。该装置逆功率保护信号是取自发电机S相的电压和电流来进行单相逆功率检测。它的电压形成回路中，电压变换器m₁、m₂吨的原边接成对称星形，取出电压U_so作为电压信号，并使U_so与发电机输出的相电压U_so同相位，其电流信I_S号由S相的电流互感器取得，经两个单相桥式整流电路VD₁、VD₂整流，在电阻R₃得电压U₁，电阻R₄得电压U₂，功率检测环节是应用绝对值比较原理进行检测，当R₁=R₂时，功率检测环节输出的直流控制信号电压U_mn与有功功率P成正比，并反映P的方向。在逆功率时，直流控制信号电压U_mn为负值，即n点电位高于通m点电位。当逆功率达8％发电机额定功率时，三极管VT₁导通，VT₂截止，工作电源经电阻R₁₅、R₁₆对电容C进行充电，充电延时约5s，电容C充电电压U_C达到稳压管W₁击穿电压时，W₁管导通，二极管VD₃及三极管VT₃导通，出口继电器d₁通电动作，供电开关自动跳闸，从而达到保护的目的。

 

      对柴油机逆功率保护的整定计算，就是要确定该保护的动作功率Pdz及动作延时t 。

1、动作功率Pdz的整定

      柴油发电机逆功率保护的动作功率可按下式计算 ：

Pdz=(Krel*P1)/η

式中，Pdz——逆功率保护的动作功率

Krel——可靠系数，取0.8 

P1——主汽门关闭后，柴油机维持同步转速旋转所消耗的功率，该功率的大小除与柴油机的结构及容量有关之外，还与柴油发电机的主蒸汽系统的结构（管道结构及有无旁路管道等）有关，一般取额定功率的1.5~2%

η——发电机拖动柴油机旋转时的效率，取0.98~0.99 ，所以：

Pdz≈（1.2~1.6%）PN

PN——发电机的额定功率。实际中，Pdz=可取1~1.5%PN 。

2、动作延时

      发电机逆功率保护的动作延时，应按照柴油发电机主汽门关闭后允许运行的时间来整定，该允许时间一般为10~15min。计算及运行实践表明，当柴油机蒸汽系统有旁路管道时，允许运行时间还要长一些。 因此，若按照柴油机主汽门关闭之后允许运行的时间来整定保护的动作延时，可取5~10min。动作后作用于解列灭磁。 另外，投运的大型柴油发电机，多采用逆功率保护去启动程序跳闸回路，此时，动作时间通常取1~2s。 对于程控逆功率保护，由于动作时间短，在主汽门点闭后很短的时间内，由于柴油机及发电机的惯性，实际逆功率可能很小，因此逆功率的定值不应大于1%PN。

 

四、逆功率保护与程序逆功率保护的区别

 

      逆功率保护是发电机继电保护的一种，作为汽轮发电机出现有功功率倒送，发电机变为电动机运行异常工况的保护逆功率保护的简单原理：是按照比较绝对值原理构成的功率方向继电器交流测量回路，其交流电压形成回路采用和差接线方式。从而获得两个比较电量：和电压向量A1与差电压向量A2。发电机正常运行时，A2逆功率保护也可用于程序跳闸的启动元件。而程序逆功率保护严格说不是一种保护，而是为实现程序跳闸而设置的动作过程。程跳逆功率主要就是用于程序跳闸，算是一种停机方式吧。最关键的是逆功率只要定值达到就动作，程跳逆功率除了要定值达到，而且还要汽机主汽门关闭，才能跳闸。在正常停机操作当负荷降为零时，先关柴油机主汽门，然后来启动程序逆功率保护来跳发电机。这样做的目的是防止主汽门关闭不严，当断路器跳开后，由于没有电磁功率这个电磁力矩，有可能造成柴油机飞车。

（1）逆功率保护是为了防止逆功率后，发电机变为电动机，带动柴油机旋转，造成柴油机的损坏。归根到底，是怕原动机动力不足，反被系统带着跑。

（2）程序逆功率保护是为了防止发电机组突然解列后，主汽门未完全关闭，导致柴油机超速，从而利用逆功率来规避。归根到底，是怕原动机动力太足导致机组超速。

 

图3  程序逆功率保护电路图

图4  发电机逆功率控制逻辑框图

 

 

总结：

      综上所述，从严格意义上来说，逆功率保护是发电机继电保护的一种，但主要是保护柴油机。而程序逆功率保护不是一种保护而是为了实现程序跳闸而设置的动作过程，也叫程序跳闸，一般应用于停机方式。最关键的是逆功率只要定值达到就会跳闸，而程序逆功率除了定值达到，还要求主汽门关闭，所以说在发电机组启动过程中并网瞬间，一定要避免逆功率动作。

 

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